页定向的光学数据存储系统中的信息的移位不敏感存储.pdf

本发明涉及一种用于光学存储系统、即一种全息存储系统的光学数据存储的、具有相对于移动较低敏感度的数据页(3)，涉及一种包含这样的数据页(3)的全息存储介质(19)，涉及一种用于从包含这样的数据页(3)的光学介质(19)读取和/或向其写入的装置(10)，以及涉及一种读取和/或写入这样的数据页(3)的方法。提出了用于光学数据存储的数据页(3)。该数据页包括一个或多个区域(5)，相对于在存储介质的移动方向上的数据页(3)的移动，该一个或多个区域是较不敏感的。

1、  用于光学数据存储的数据页(3)，其特征在于，该数据页(3)包括一个或多个区域(5)，该一个或多个区域相对于在存储介质(19)移动方向上数据页(3)的移动是较不敏感的。

2、  如权利要求1所述的数据页(3)，其特征在于，该一个或多个区域(5)中的数据像素在移动方向(2)上被放大。

3、  如上述权利要求的一项所述的数据页(3)，其特征在于，该一个或多个区域(5)中的“导通”-像素在移动方向(2)上具有相同的尺寸。

4、  如上述权利要求的一项所述的数据页(3)，其特征在于，相对于移动较不敏感的一个或多个区域(5)不呈现并排设置的两个或更多个“导通”-像素。

5、  如上述权利要求的一项所述的数据页(3)，其特征在于，相对于移动较不敏感的一个或多个区域(5)包括在移动方向(2)上的“导通”-行和/或“关断”-行。

6、  如上述权利要求的一项所述的数据页(3)，其特征在于，相对于移动较不敏感的一个或多个区域(5)至少包含地址信息、内容信息、跟踪控制信息或聚焦控制信息中的一个。

7、  如上述权利要求的一项所述的数据页(32)，其特征在于其仅包含相对于移动较不敏感的信息(5)。

8、  如上述权利要求的一项所述的数据页(3)，其特征在于，数据页(3)包含具有不同程度的移位敏感度的区域(52、53)。

9、  如上述权利要求的一项所述的数据页(3)，其特征在于，数据页(3)为全息数据页。

10、  光学数据存储介质(19)，其特征在于，该介质包括如上述权利要求的一项所述的一个或多个数据页(3)。

11、  如权利要求10所述的光学数据存储介质(19)，其特征在于，该介质包括数据页(32)，该数据页只包含相对于在存储介质(19)的移动方向上数据页(32)的移动较不敏感的信息(5)，并且，将该数据页布置在还具有普通数据区域(4)的两个数据页(31、33)之间。

12、  用于从光学存储介质(19)读取的装置(10)，其特征在于，其被适配用于对数据页(3)上的相对于移动较不敏感的区域(5)进行检测和解码，该数据页包含一个或多个区域(5)，该区域相对于在存储介质(19)的移动方向上数据页(3)的移动较不敏感。

13、  如权利要求12所述的装置(10)，其特征在于，提供附加的光学路径(7、23、24)用于读取相对于移动较不敏感的区域(5)。

14、  用于对光学存储介质(19)进行写入的装置(10)，其特征在于，其具有写入如权利要求1至9的一项所述的数据页(3)的部件。

15、  读取或写入如权利要求1至9的一项所述的数据页的方法，包括步骤：
-从相对于在存储介质(19)的移动方向上数据页的移动较不敏感的区域检测数据，
-解码所检测的数据。

页定向的光学数据存储系统中的信息的移位不敏感存储
技术领域
本发明涉及在一种光学存储系统中、例如一种全息存储系统中的用于光学数据存储的、具有增强的相对于移动的不敏感度的数据页，涉及一种光学存储介质、例如一种包含这样的数据页的全息存储介质，涉及一种用于从包括这样的数据页的光学存储介质读取和/或向其写入的装置，以及涉及一种用于读取和/或写入这样的数据页的方法。
背景技术
下面使用全息存储系统作为例子对本发明进行描述。本发明可应用在其它光学存储系统内，这对本领域的技术人员是显而易见的。
在全息数据存储中，通过将由两个相干(coherent)激光光束的叠加产生的干涉图案进行编码而存储数字数据，其中一个光束，即所谓的“物体光束”，通过空间光调制器(SLM)调制并且携带要记录的信息。第二光束充当参考光束。干涉图案导致存储材料特定属性的改变，该改变取决于干涉图案的局部强度。所记录的全息图的读取是通过采用与记录期间相同的条件利用参考光束照射全息图来执行的。这导致了所记录的物体光束的重构。
全息数据存储的一个优点是增加的数据容量。与常规的光学存储介质相反，将全息存储介质的体积(volume)、而非仅仅单个或少数二维层用于存储信息。全息数据存储的另一个优点是可以例如通过改变两个光束间的角度或者通过使用移位多路复用(shift multiplexing)等等而在同一体积中存储多个数据。此外，取代存储单个比特，数据被作为数据页存储。典型地，数据页由明-暗-图案的矩阵、即编码多个比特的二维二进制阵列或灰色值阵列组成。也可以使用由显示不同相位的图案组成的数据页。这允许在增加的存储密度以外，还实现增加的数据率。通过SLM将数据页印制(imprint)在物体光束上并利用阵列检测器检测该数据页。
当开发全息数据存储系统时，增加数据容量和数据率是两个主要任务。增加数据容量与减少对某个数据页或者光学存储介质的体积的访问时间密切相关。
如上描述，当通过参考光束照射时读出全息介质。在读取全息图期间，介质相对于光学器件(optics)的位置必须与写入全息图期间精确相同。介质从理想读出位置的位移(displacement)降低检测器阵列上读取图案的强度(intensity)。而且，图像的锐度(sharpness)降低并且因此图像模糊。另外，所恢复(retrieve)的数据页图像相对于检测器未对准(misalign)。
图1显示作为全息图的位移的函数的检测器上的图像强度和相对图像位移的原理行为特性。实线表示作为介质的位置(x轴)的函数的检测器上读出的全息图的相对图像位移(y轴)。虚线表示作为介质的位置(x轴)的函数的检测器上读出的全息图的相对图像强度(y轴)。在x＝0位置处，全息图为最佳对准(align)。在此情况下，检测器上读出的图片具有最小的移位和最大的光强度。
关于这些效果，并不非常精确的全息图的定位将使检测器上的数据页图像降级。特别是在具有连续转动的盘的系统中，全息图的曝光时间必须足够短以冻结(freeze)移动。需要脉冲激光、快门和快速检测器。介质的长曝光或快速移动导致模糊的图像。
发明内容
本发明的目的是提出对移动较不敏感的数据页。
根据本发明，在数据页上，有一个或多个区域，所述区域包括在读出期间对移动或者不精确定位较不敏感的数据。这允许在存储介质、例如全息存储介质的快速移动期间读出在数据页的这些区域中存储的信息。例如这可以通过对这些区域中的数据采取特别的调制或编码来实现。未对准或移动通常会导致较低的信噪比(SNR)，这可以通过对这些区域中的数据的调制或编码而部分补偿。
根据本发明进一步的改进，在移位不敏感区域中的移动方向上，放大(enlarge)数据像素。以此方式，即使由于介质的平行于检测器表面的移动而发生在此方向上的模糊，也可以好得多地检测该数据像素。在例如像盘的转动介质上，在垂直于半径并且垂直于检测器的光学轴的运动向量在每一点处定义移动的方向。降低了在快速移动期间从一个像素到另一像素的串扰(crosstalk)。这对应于具有降低的空间频率的数据调制，该数据调制使得精确对准在某种程度上不那么重要。
在有利的方式中，在移位不敏感区域中的“导通”(“on”)-像素在移动方向上具有相同的尺寸。换句话说，每个“导通”-像素具有相同的长度。因此，每个“导通”-像素在移动方向上具有相同的空间频率。因为像素长度和像素的空间频率为已知的，因此便于在模糊的图像的情况下的像素的估计。
在有利的方式中，调制方案(scheme)不允许两个“导通”-像素、例如两个并排的被照射的像素。这通过降低从一个像素到另一个像素的串扰，提高每一像素的检测能力。被检测的信号的边缘可用于改进对准。
为了改善垂直于移动方向的对准和跟踪(tracking)，移位不敏感区域更优选地包括移动方向上的、仅仅包含“导通”-像素或仅仅包括“关断”(“off”)-像素的行(line)。当介质在移动方向上任意移位时，可以保证垂直于移动方向的对准，并且可以与移动速度无关地来执行该对准。
在有利的方式中，移位不敏感区域包含地址信息、内容信息、跟踪控制信息或聚焦控制信息中的至少一个。该信息通常对定位某一数据页、或对获得存储数据的整个内容概观(overview)、或对准备读出数据是必要的。通常地，因为在可以开始读出整个数据之前需要该信息，因此该信息具有较小的数据体积并且必须迅速获取。在读取该数据之后，使用众所周知的标准读取处理以从具有已知数据页格式的区域中获得感兴趣的数据。这导致快速访问特定数据页、快速搜索例程和快速设置读取处理。
仅包含移位不敏感区域的数据页更优选地在两个数据页之间存储。这改进连续移动存储介质期间的读出处理。
在另一有利的方式中，数据页包含具有不同程度的移位不敏感度的多个移位不敏感区域。依赖于对于其使用所存储的数据的应用的要求，各种读出速度和各种未对准容限由这样的介质支持。在这些区域中支持不同的编码方案。
有利地，所描述的数据页用于全息数据存储系统。多个数据页存储在全息存储介质内。在这些系统中对于降低串扰和增强SNR的对准要求较高。使用降低了对准要求的移位不敏感区域，提供了大的优点。
本发明另一目标是提出一种用于从包含根据本发明的数据页的光学存储介质中进行读取的装置。该装置具有用于检测和解码移位不敏感区域的部件。
在本发明的有利的实施例中，一种用于从光学存储介质读取根据本发明的数据页的装置提供了一种为读取移位不敏感区域而优化的附加光学路径。这进一步提高读出速度和降低错误率。该装置包括用于读取数据区域的数据的CCD和用于读取移位不敏感区域的数据的CCD。用于检测移位不敏感数据的CCD是例如二维CCD。提供例如用于读取移位不敏感区域的一维CCD和透镜系统也在本发明范围之内。读出的信号是依赖时间的一维信号。使用普通CCD以及适配信号处理用于移位不敏感区域的读出数据的特定特征、例如使用特定的纠错或者适配过采样(oversampling)也在本发明范围之内。
本发明另一目标是提出一种用于向包含根据本发明的数据页的光学存储介质写入的装置。该装置具有用于编码移位不敏感区域的数据的部件。提供用于写入移位不敏感区域和用于写入数据页的数据区域独特的(distinctive)SLM也在本发明的范围内。
本发明另一目的是提出一种用于读取和/或写入根据本发明的数据页的方法。该方法包含步骤：检测光学存储介质，在数据页内识别移位不敏感区域，在移位不敏感区域内检测像素，以及对从这些区域中获得的数据解码或者编码要写入移位不敏感区域的数据。
附图说明
为了更好地理解本发明，现在在以下描述中将参照附图进行更详细的解释。将理解：本发明不受该示例实施例限制，并且指定的特性也可以方便地组合和/或修改而不脱离本发明的范围。
图1示出了通过建模而恢复(retrieve)的依赖于数据页位移的检测器上的相对图像强度和图像的相对位移的归一化(normalize)值，
图2示出了通过测量而恢复的依赖于数据页位移的检测器上的相对图像强度和图像的相对位移的归一化值，
图3示出了根据现有技术的数据页的例子，
图4示出了在快速移动的介质的情形下、在读出处理期间恢复的图3中所示的数据页的所检测的图像，
图5示意性地图示包含数据区域和移位不敏感区域的数据页，
图6显示根据第一实施例的包含数据区域和移位不敏感区域的数据页，
图7显示在静止介质的情形下、在读出处理期间恢复的图6中所示的数据页的所检测的图像，
图8显示在快速移动介质的情形下、在读出处理期间恢复的图6中所示的数据页的所检测的图像，
图9显示在移位不敏感区域中的像素，该像素作为在图像移动方向上扩展的(extend)像素图像的结果，
图10显示在移位不敏感区域中像条码那样布置(arrange)的像素，
图11显示利用低频调制布置的像素，
图12显示像素区域，在垂直于移动方向上没有白色相邻元素(element)地布置该像素区域，
图13显示像素区域，其中一像素行为恒定白色，而在垂直于移动方向上没有白色相邻元素，
图14显示使用大的扩展的像素块的像素区域，
图15显示被划分成不同程度的移位不敏感度的部分的像素区域，
图16显示数据页，其中移位不敏感信息不位于特定区域而是遍布数据页，
图17显示仅仅包含移位不敏感信息的数据页，该数据页在另外两个数据页之间被写入，
图18显示附加的光学路径的示意性例子，该光学路径包括对移位不敏感像素区域快速检测优化的检测器阵列和透镜系统、以及对普通数据页优化的检测器阵列和透镜系统，
图19示意性地显示一种对全息存储介质进行读取和/或写入的装置，包括对移位不敏感像素区域快速检测优化的检测器阵列和透镜系统、以及对普通数据页优化的检测器阵列和透镜系统。
具体实施方式
图1显示相比于写入处理、在读出处理介质位置相对于光学器件的位移的影响。检测器上读出的数据页的图像强度作为基于模型的位移的函数而示出。进一步，检测器上读出的图像的相对图像位移作为介质位移的函数而示出。
图2显示基于测量的相同的图像强度和图像位移。相比于光学路径，数据页的不精确定位将使在检测器上接收的图像显著地降级，并因此降低SNR。在具有连续转动的盘的系统中，对准尤其是挑战。
图3显示通过全息系统读出的现有技术中已知的数据页1。相同尺寸的明暗像素分布在整个数据页1上。
图4显示在读出处理期间，当数据页在平行于检测器阵列的移动方向2上移动时图3中描绘的数据页1的读出结果。该图像严重模糊并且具有较小的SNR。在许多情况下，使用此检测器图像不能恢复数据。简要起见，在下面的图5-18中，省略移动方向2。
图5示意性地显示根据本发明的数据页3。其被划分为数据区域4和至少一个移位不敏感区域5。在数据页3的底部描绘移位不敏感区域5，但本领域的技术人员可以理解，该移位不敏感区域可以位于数据页3中的其他任何位置。移位不敏感区域5位于例如数据页3的顶部或底部，具有可以将用于读取移位不敏感区域的传感器24和用于读取移位敏感区域的传感器22并排设置的优点。移位不敏感区域5位于数据页3的中部，具有使得模糊影响通常在数据页3的中部最小化的优点，这是因为校准主要在这个区域中进行。移位不敏感区域5位于数据页3的左侧或右侧，具有移位不敏感像素在垂直于移动方向的方向上均匀分布的优点。这保证在任何情况下，移位不敏感区域5的至少部分处于较好校准的区域。根据本发明的移位不敏感区域5可以以许多种方式实现。一些优选实施例将在下面更详细地进行描述。
图6显示根据图5的数据页3，该数据页使用本发明的示例实施例用于移位不敏感区域5。像素在对应于数据页3的移动方向2的方向上被放大。
图7显示当介质未移动时图6中描绘的数据页3的所检测的图像。以较高图像质量恢复数据区域4和移位不敏感区域5两者。
不同地，图8显示当介质在移动方向上移动时图6中描绘的数据页3的所检测的图像。所描述的未对准的影响导致模糊的图像。在数据区域4的情况下，图像具有差的SNR并且不能被恢复。在移位不敏感区域5的情况下，可以比数据区域4要好的多地恢复所检测的图像。
图9显示移位不敏感区域5的可能实现。数据像素在移动方向上被扩展，并且因此降低了对在移动方向上对准条件的要求并且允许介质的更快的移动。
图10显示了本发明的另一实施例。这里，移位不敏感区域5的像素像条形码那样设置。这允许移位不敏感区域5的内容的读取不依赖于移动方向上的数据页3的位置并且不依赖于移动方向上的速度。
图11显示移位不敏感区域5，其中，所有数据像素在移动方向上具有相同的空间频率，并且因此在移动方向上具有相同尺寸。以低空间频率对移位不敏感区域5的检测被使能。
图12显示了一种调制，其中，在移位不敏感区域5中，在垂直于移动方向的方向上，没有“导通”-像素并排设置。这进一步降低在移动方向上一个像素行到另一个像素行的串扰。
图13显示了移位不敏感区域5，其使用恒定地处于“导通”-状态的水平行51。不依赖移动速度，该行51将总是导致检测器上的相同的结果。像这样的行可以用于例如聚焦和跟踪。在读出行中断的情况下，可以确定跟踪的丧失而不用估计数据信号。由于众所周知的恒定的聚焦信号，聚焦是容易的。
图14在移动方向和垂直于移动方向5的方向上使用较大的扩展的块。与普通数据区域4相比，检测器阵列和/或光学路径的更低分辨率被允许用来读取该区域。
图15显示了两个具有不同程度的移位不敏感度的移位不敏感区域52、53，其可以以介质的不同速度读出。这进一步提高了在开发系统时的自由度。在移位不敏感区域52、53中存储的信息的内容被根据它们对在读出期间的读取速度和因而介质速度的要求，被分类为不同的类别。
图16显示了移位不敏感移位区域5的例子，其在移动方向和垂直于移动方向上散布在整个数据页3上。其不集中在一个特定区域。克服了光学路径的局部性能差异或者检测器图像的局部模糊。
图17示意性地显示了只包含移位不敏感信息的数据页32，其位于包括移位不敏感区域5和普通数据区域4的两个数据页31、33之间。该两个数据页31、33也可以只包含普通数据区域4。
图18示意性地显示第一光学路径6、22，用于读出数据区域4。也提供了为读出移位不敏感区域5而优化的第二光学路径7、24。用于读取移位不敏感区域5的数据的CCD 24是二维CCD、或者提供取决于时间的一维信号的一维CCD。透镜系统7被适配用于所使用的CCD 24。
在图19中示意性地显示用于读取和/或记录全息存储介质19的装置10。相干光源、例如激光二极管11发射光束12，其被准直透镜(collimating lens)13校准。然后，光束12被分成两个分离的光束16、17。在此例中，光束12的分离使用第一分束器14完成。尽管如此，为此目的同样可以使用其他光学组件。空间光调制器(SLM)15对两光束之一调制，即所谓的“物体光束”16，以便印制二维数据图案。物体光束16和另一光束、即所谓的“参考光束”17两者通过物镜18被聚焦到全息存储介质19、例如全息盘或卡上。在物体光束16和参考光束17相交处，出现干涉图案，其被记录在全息存储介质19的感光层中。用于对包含一个或多个移位不敏感区域5的数据页3进行写入的装置具有例如用于对要被使用单个SLM 15而写入的数据页3进行编码的编码器。
通过仅利用参考光束17照射所记录的全息图来从全息存储介质19恢复存储的数据。参考光束17被全息结构衍射并且产生原始的物体光束16的拷贝。示意性描述的物体光束20表示重构的光束部分，其包含来自数据区域4的信息。所描述的物体光束23表示重构光束部分，其包含来自移位不敏感区域5的信息。这些重构的物体光束20、23被物镜18校准，且通过第二分束器21被引导至两个阵列检测器22、24，例如CCD阵列。阵列检测器22、24允许重构所记录的数据。将检测器22优化以重构存储在数据区域4中的数据，将检测器24优化以重构存储在移位不敏感区域5中的数据。本领域的技术人员应理解的是，根据本发明的用于读取和/或记录数据页3的装置可以以许多方式得以实现。例如，另一分束器和另一SLM可以被用于将移位不敏感数据和普遍已知的数据的光学路径完全分离。